Эти вопросы кажутся очевидными, но для того чтобы на них ответить потребовались усилия многих ученых средних веков, вплоть до 19 века. Было выдвинуто множество теорий, в том числе об интерференции в тонких пленках мелких капель пара в воздухе или о том что цвет неба обусловлен цветом составных частей воздуха. Например, жидкий кислород имеет голубой цвет, а озон - синий, а в газообразном состоянии они создавали бы голубоватый оттенок. Но все эти теории были несостоятельными. Ко второй половине 19 века вопрос о цвете неба обратил на себя большое внимание естествоиспытателей и были проведены серии исследований. Эти исследования направили ученых в нужном направлении.
Первым кто определил строгую теорию молекулярного рассеяния света стал английский ученый Рэлей, опубликовавший свою работу в 1871 году.
Для объяснения цвета неба приведем вывод из теории Рэлея: интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны. То есть, короткие волны фиолетового цвета (длиной 0,4 микрометра) будут рассеиваться в 16 раз интенсивнее волн красного цвета (длиной 0,8 микрометров). Все остальные цвета видимого спектра (желтый, зеленый, синий) будут также в составе рассеянного цвета обратно пропорционально четвертой степени длины волны. Если теперь смешать все эти рассеянные цвета в необходимом соотношении - мы получим голубоватый оттенок.
В свою очередь, прямой солнечный свет, потеряв за счет рассеяния преимущественно коротковолновую часть спектра (фиолетовые и синие цвета) обретает желтоватый оттенок, который сменяется оранжевым и даже красным по мере приближения солнца к горизонту. Такая смена цвета обусловлена тем что чем больше угол наклона между солнцем и поверхностью земли - тем большее расстояние свету необходимо пройти сквозь атмосферу, тем интенсивнее рассеиваются коротковолновые цвета спектра и в итоге остается только длинноволновый красный свет. Аналогично солнцу и луна, находясь вблизи горизонта, приобретает оранжевый или даже красный оттенок.
Таким образом, голубой цвет неба и красный цвет солнца - следствия одного и того же явления рассеивания света.
В свою очередь, рассеивание света в атмосфере так же является причиной ещё одного часто наблюдаемого эффекта, о котором я рассказываю в своей короткой статье:
